Ionentauscher zur Wasserenthärtung

Zu viel Kalk im Wasser macht das Wasser hart. Sehr hartes und kalkhaltiges Wasser kann unschöne Flecken auf Armaturen hinterlassen, bei empfindlicher Haut zu Hautirritationen führen und auf Dauer elektronische Geräte beschädigen. Um dagegen zu wirken, ist eine Wasserenthärtung sinnvoll. Der Ionenaustauscher ist eine von verschiedenen Möglichkeiten, Wasser zu enthärten, also die Menge an Kalk darin zu reduzieren. Lesen Sie hier, welche Vor- und Nachteile diese Methode mit sich bringt und wie sie funktioniert. 

 

Wasserkunde: Ionen im Wasser 

Die Wasserqualität in Deutschland ist grundsätzlich sehr gut, denn das Wasser wird mit einem speziellen Verfahren aufwendig aufbereitet, sodass es am Ende Trinkwasserqualität hat und durch unsere Leitungen fließen kann. Dabei wird das Wasser von schädlichen Bakterien und Substanzen befreit, sodass ein nahezu reines und gesundes Wasser entsteht. Dennoch können sich im Wasser weiterhin gelöste Stoffe befinden. 

Unser Leitungswasser enthält Mineralien wie Calcium, Natrium und Magnesium. Diese Mineralien z.B. zählen zu den gelösten Stoffen im Wasser und gehören zu den elektrischen Ladungsträgern, den sogenannten Ionen. Die positiv geladenen Ionen werden Kationen genannt, die negativ geladenen Ionen heißen Anionen. Zu den Kationen zählen die Mineralien Calcium und Magnesium. Ein großes Vorkommen dieser beiden Stoffe ist für einen hohen Kalkanteil im Wasser verantwortlich und führt zu vermehrter Kalkbildung. Diese Informationen sind wichtig, um den Prozess und die Funktionsweise eines Ionenaustauschers zu verstehen.

 

Was ist ein Ionenaustauscher?

Ionenaustauscher werden eingesetzt, um das Wasser weicher zu machen, indem elektrische Ladungsträger (Ionen), aus dem Wasser entfernt werden. 

Doch was genau ist ein Ionenaustauscher? Um diese Frage zu beantworten, braucht es ein wenig chemisches Wissen: Salze, Säuren und Laugen sind aus Ionen aufgebaut. Diese Stoffe zerfallen mehr oder weniger, wenn sie im Wasser gelöst werden. Ionenaustauscher besitzen die Fähigkeit, bestimmte Ionen aus Lösungen zu binden und mit anderen Ionen der gleichen Ladung zu ersetzen. 

Es wird zwischen Kationen- und Anionentauscher unterschieden in Bezug auf die Ladung, die gefiltert werden soll. Wird ein Ionentauscher für die Wasserenthärtung eingesetzt, werden die Calcium- und Magnesiumkationen aus dem Wasser entfernt, denn diese sind für die Kalkbildung im Wasser verantwortlich. Diese Kationen werden dann durch Natriumionen ausgetauscht. Zusätzlich wird in diesem Prozess Chlorid in das Abwasser abgegeben. Deswegen benötigen Ionenaustauscher auch regelmäßig Salz (Natriumchlorid). Die Ionentauscher selbst bestehen aus Kunstharzen bzw. Polymeren (Kunststoffe), die als Trägermedium für den Austausch der Ionen dienen. 

 

Ionenaustauscher: Funktionsweise Schritt für Schritt erklärt

Die Ionen geben dem Wasser bestimmte Eigenschaften wie die elektrische Leitfähigkeit, die Wasserhärte oder auch der pH-Wert. Die Löslichkeit dieser Stoffe wird wesentlich von ihrer Menge im Wasser und der Wassertemperatur beeinflusst. Ionenaustauscher bereiten Wasser gezielt auf, indem die elektrischen Ladungsträger entfernt oder mit anderen Ionen ausgetauscht werden. 

Der Vorgang des Ionenaustauschs funktioniert folgendermaßen: 

  1. Schritt: Eine spezielle Lösung strömt durch den Ionentauscher. In dieser Lösung befinden sich entweder positiv oder negativ geladene Ionen. Im häuslichen Gebrauch wird hierzu häufig eine Lösung aus Natriumchlorid (Salz) verwendet. Dieser Prozess heißt „Regeneration“.

  2. Schritt: Strömt nun Leitungswasser in den Ionenaustauscher, so bleiben an dem Ionenaustauscher-Harz dann die zu entfernenden Ionen (Calcium und Magnesium) aus dem Leitungswasser haften, um mit den Natriumionen der vorherigen Lösung ausgetauscht zu werden. 

  3. Schritt: Die Calcium- und Magnesiumionen bleiben im Austauscherharz „hängen“. Natrium wird an das Leitungswasser abgegeben.

  4. Schritt: Sind keine Natriumionen mehr übrig, so gilt der Ionenaustauscher als „erschöpft“. An diesem Punkt wird die im Ionenaustauscher verbleibende Lösung aus Calcium, Magnesium und Chlorid in das Abwasser gespült. Deswegen benötigen Ionenaustauscher auch einen Abwasseranschluss.

  5. Schritt: Als Nächstes setzt eine neue „Regeneration“ ein, und der Prozess beginnt wieder bei Schritt 1.

 

Wo werden Ionenaustauscher eingesetzt?

Ionenaustauscher werden häufig im Haushalt eingesetzt, um das Trinkwasser zu enthärten und es beispielsweise für Spülmaschinen oder andere Haushaltsgeräte aufzubereiten. In Spülmaschinen sorgt z.B. ein integrierter Ionenaustauscher dafür, dass Gläser keine unschönen Kalkränder bekommen. 

Auch in der Forschung und in der Industrie kommen Ionentauscher häufig zum Einsatz. Jedoch sind mit dieser Methode, Wasser zu enthärten, nicht nur Vorteile verbunden: Eine Wasserenthärtungsanlage, die nach dem Prinzip des Ionenaustauschs funktioniert, benötigt kontinuierlich Regenerierssalz. Dieses Salz muss immer wieder nachgefüllt werden, gelangt bei den Regenerationsprozessen in das Abwasser und dadurch in die Umwelt. Das ist ein erheblicher Nachteil dieser Enthärtungsanlagen.

 

Entkalkungsanlage Ionentauscher: Nachteile im Überblick

Obwohl die Wasseraufbereitung in Deutschland sehr gut ist, empfiehlt sich eine Wasserenthärtungsanlage in Regionen mit besonders hartem Wasser. Auch wenn durch einen Ionenaustauscher die Wasserhärte reduziert wird und es dadurch zu weniger Kalkablagerungen kommt, so hat ein Ionentauscher zur Wasserenthärtung jedoch auch erhebliche Nachteile:

  1. Dem Trinkwasser werden die Mineralstoffe Calcium und Magnesium entzogen.

  2. Durch eine Wasserenthärtung mit Natriumchlorid beziehungsweise Salz steigt der Natriumwert im Trinkwasser.

  3. Die Gefahr von Verkeimung des Trinkwassers besteht bei längeren Stillstandzeiten der Anlage.

  4. Das Risiko der Korrosion ist erhöht, das bedeutet also, dass  die Trinkwasserinstallation anfälliger ist. Dies kann zur Beeinträchtigung der Funktionsweise oder sogar Wasserschäden führen.

  5. Durch Chlorid im Abwasser wird die Umwelt belastet. 

  6. Ein Ionenaustauscher besitzt nur eine begrenze Kapazität an austauschbaren Ionen. Der Regenerationsvorgang benötigt viel Wasser, dadurch steigt der Wasserverbrauch.

  7. Es fallen laufende Kosten durch Salzverbrauch und Wartung der Enthärtungsanlage an. 

Sie möchten mehr dazu erfahren? Dann können Sie genauere Informationen im Blogbeitrag „Eine Wasserenthärtungsanlage und ihre Nachteile” nachlesen. 

Die Alternative zum Ionenaustauscher: AQON Pure

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